【每周分享】双极性步进电机评估驱动板设计测试全流程
本帖最后由 qintian0303 于 2024-6-28 12:12 编辑#申请原创# @21小跑堂
一、设计灵感来源
在日常工作中，经常会遇到步进电机在工业自动化、精密定位等领域的广泛使用，每当面对不同品牌、不同供电电压的步进电机时，总是需要一个通用性强、灵活度高的驱动器来支持各种测试需求。这一设计灵感的来源，正是源于对工作实际的深入观察和思考，在多次与不同电机打交道的过程中，发现市场上的驱动器往往存在局限性，无法满足多样化的应用场景，总是需要连接各种的线路或者程序的适配。是否能设计一款能够覆盖多种双极性步进电机情况的驱动板，以简化工作流程，提高工作效率。
设计一款多功能步进电机驱动板，通过通用性的设计思路，实现不同电压、不同功率电机的灵活接入。
二、需求分析
通用双极性步进电机评估驱动板目标：
最好是不需要外部控制信号的；
最好外部输入只有电源，外部输出只有步进电机；
可以驱动双极性步进电机；
宽电压范围；
控制信号板载可调；
三、概要设计
通过对上述需求的分析，可以得出：
接口部分分为输出电源接口和步进电机接口，无须其他控制接口；
板载可控制信号生成的部分；
步进电机驱动部分；
四、详细设计
电机驱动部分：
根据概要设计，我们通过反推的方法一步一步进行具体功能的实现，该板的最后输出是步进电机的驱动信号，所以首先要考虑的是驱动电路，宽电压范围是驱动的一大特征，这个时候MP6500L这么一款功能全面的步进电机驱动器进入了视野。
MP6500L步进电机驱动器，这款强大的产品，不仅在功能上具有显著优势，而且在设计和应用上都有着广泛的适用性。首先，其独特的电流调节和内置翻译器功能，为双极性步进电机提供了前所未有的优化体验。这种优化不仅体现在空间上，更在成本上实现了显著的节省。
在物理尺寸上，MP6500L采用了紧凑的QFN-24（5mm x 5mm）封装，可以说在电路板上占用的空间非常的少，对于那些追求高性能但空间有限的应用场景来说，这将是一个巨大的优势。同时，这款驱动器的工作电压范围也非常广泛，从4.5V到35V，无需额外的电压调节器或适配器，使得它能够轻松适应各种电源环境，这一点是非常适合本次设计的方面。
除了基本的性能优势外，MP6500L还具备多重安全保护功能。内部电流传感和调节功能确保了运动的平稳和精确，而过流保护（OCP）、输入过压保护（OVP）、欠压锁定（UVLO）和热关机等功能则进一步保证了驱动器的稳定运行。这些功能不仅提高了产品的可靠性，还降低了因故障导致的潜在风险。
在步进模式方面，MP6500L支持从全步到八分步的多种模式，这意味着它能够灵活适应各种应用需求。无论是需要高精度控制还是高速度运行的应用场景，MP6500L都能提供理想的解决方案。兼容3.3V和5V逻辑电源，这使得它能够轻松与微控制器或数字信号处理器等控制系统集成。
在快速启动评估板设计中，MP6500L的几个关键设计要点需要重点关注：
DIR引脚用于实现电机的正反转控制，如果需要控制可以通过自锁按键切换方向，也可以单一状态，本次选择前者；
nFAULT引脚实时监测故障状态，一旦出现故障，LED灯将即时显示，方便用户及时发现并解决问题；
ISET引脚用于限制峰值电流，确保电机在运行时不会因过流而受损，通过串联一个电阻进行设置，Imax=71K/R，目前先按照2A设计，R取值30.5K左右；
ROSC引脚用于设定PWM关闭时间，这对于精确控制电机的运动至关重要；
MS2/MS1引脚则用于步进模式的灵活配置，用户可以根据实际需求选择合适的步进模式，MS1和MS2有内部下拉电阻。
芯片的13脚（STEP）用于转动一次的输出，STEP有一个内部下拉电阻，通过PWM控制，上升触发。
重点引脚注意点在上述进行了分析，其余参考数据手册简单配置皆可以了，电路部分如下图：
控制信号发生部分：
本次是一个没有MCU参与的快速启动评估板的设计，所以这里PWM的产生就是下一步的设计要点。进而引出的就是PWM产生部分，这里通过555定时器，并且通过一个可调电位器进行速度控制，电路部分如下图：
通过按键控制PWM输出，通过电位器调节PWM输出频率，占空比是固定的50%。
DCDC部分：
555定时器的供电是一个5V系统，这块和MP6500L的逻辑控制部分是一致的，不过电源输入是一个宽电压的，这里就需要使用一个输出电压款的DCDC，这里选用的MP9942进行DCDC转换，主要考虑的就是其宽电压输入：
五、基本特性
通过上面的各部分的组合，我们得到了一个没有MCU参与的双极性步进电机评估驱动板，主要特性如下：
1、全硬件配置，无软件设计；
2、按键控制启动、关闭；
3、具有故障提示功能；
4、步进电机转速范围内可控；
5、按键控制步进电机转动方向；
6、宽电压输出，支持5V~30V电压供电；
7、简洁的连接，只需要连接电源和步进电机就可以了。
六、实物展示
焊接后如图：
测试连接图如下：
七、基本测试
555定时器输出120Hz，占空比为50%的方波：
驱动芯片任意一个输出引脚（A1或A2或B1或B2）：
驱动控制操作示意：
有PCB分享么，还有电机链接
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